Redes de electret con aditivos potenciadores de la carga.

Un medio de filtración de electret que comprende:

una red de microfibras no tejida que comprende una mezcla de:

una resina termoplástica; y

un aditivo potenciador de la carga que comprende un material de imida heterocíclica que está libre de gruposfluorados.

Redes de electret con aditivos potenciadores de la carga Campo de la invención Esta memoria descriptiva se refiere a redes de electret, incluyendo redes fibrosas no tejidas tales como redes de microfibras termoplásticas no tejidas, que contienen aditivos potenciadores de la carga y a los usos de las mismas.

Antecedentes de la invención Un electret es un material dieléctrico que exhibe una carga eléctrica casi permanente. Los electrets son útiles en una variedad de dispositivos, incluyendo, por ejemplo, películas que se pegan, filtros de aire, caretas filtrantes y respiradores, y como elementos electrostáticos en dispositivos electroacústicos tales como micrófonos, auriculares y grabadoras electrostáticas.

El rendimiento de las redes de microfibras utilizadas para la filtración de aerosoles se puede mejorar impartiendo una carga eléctrica a las fibras, formando un material de electret. En particular, los electrets son eficaces en la mejora de la captura de partículas en filtros de aerosoles. Se conocen un número de métodos para la formación de materiales de electret en redes de microfibras. Tales métodos incluyen, por ejemplo, el bombardeo de fibras sopladas en estado fundido cuando salen de los orificios de un troquel, en la formación de las fibras, con partículas eléctricamente cargadas, tales como electrones o iones. Otros métodos incluyen, por ejemplo, la carga de las fibras después de que se forme la red, por medio de una descarga en corona de corriente continua (CC) o impartiendo una carga a la estera de fibras por medio del cardado y/o agujas viradas (tribocarga) . Recientemente, se ha descrito un método en el que chorros de agua o una corriente de gotitas de agua inciden sobre una red no tejida a una presión suficiente para proporcionar una carga de electret potenciadora de la filtración (hidrocarga) .

Compendio de la invención La necesidad de redes de electret con propiedades mejoradas permanece. Se presentan en esta exposición redes de electret que contienen aditivos potenciadores de la carga. Estos aditivos potenciadores de la carga proporcionan redes de electret que son fáciles de cargar por una variedad de diferentes mecanismos de carga tales como la tribocarga, descarga en corona de CC, hidrocarga o una combinación de los mismos.

En algunas realizaciones, la memoria descriptiva incluye una red de electret que comprende una resina termoplástica y un aditivo potenciador de la carga que comprende un material de imida heterocíclica que está libre de grupos fluorados. La red de electret puede estar en la forma de una red fibrosa no tejida o incluso una red de microfibras no tejida.

En otras realizaciones, la memoria descriptiva incluye un medio de filtración de electret que comprende una red de microfibras no tejida que comprende una mezcla de una resina termoplástica y un aditivo potenciador de la carga que comprende un material de imida heterocíclica que está libre de grupos fluorados. El medio de filtración de electret puede comprender un respirador de filtro, un filtro del sistema de ventilación de una habitación, un filtro de sistema de ventilación de vehículo, un filtro de aire acondicionado, un filtro de caldera, un filtro purificador de aire de una habitación, un filtro de una aspiradora, o un filtro de disco duro de un ordenador.

También se describen métodos para preparar una red de electret que comprende proporcionar un material termoplástico, que proporciona un aditivo potenciador de la carga procesable en fusión en caliente que comprende un material de imida heterocíclica que está libre de grupos fluorados, mezclar el material termoplástico y el aditivo potenciador de la carga por medio de la fusión para formar una mezcla, formar una red a partir de la mezcla de fusión en caliente, y cargar electrostáticamente la red.

Descripción detallada de la invención Redes de electret útiles en la presente memoria descriptiva incluyen una mezcla de una resina termoplástica y un aditivo potenciador de la carga. Las redes preparadas a partir de tales mezclas pueden presentar propiedades mejoradas sobre las redes preparadas con las resinas termoplásticas solamente. Aditivos potenciadores de la carga útiles incluyen materiales de imida heterocíclica que están libres de grupos fluorados.

Las redes de electret pueden estar en una variedad de formas. Por ejemplo la red puede ser una película continua o discontinua, o una red fibrosa. Las redes fibrosas son particularmente útiles para la formación de los medios de filtración. En algunas realizaciones la red es una red de microfibras no tejida. Típicamente las microfibras tienen de 1-100 micrómetros, o más típicamente de 2-30 micrómetros de diámetro efectivo (o diámetro promedio si se mide por un método tal como la microscopía electrónica de barrido) y las microfibras no necesitan tener una sección transversal circular.

Los términos "un", "una", y "el" se usan de manera intercambiable con "al menos uno" que significa uno o más de los elementos que se describen a continuación.

El término electret se refiere a un material que exhibe una carga eléctrica casi permanente. La carga eléctrica puede ser caracterizada por la prueba de descarga de rayos X como se describe en la sección de los ejemplos.

El término "alquilo" se refiere a un grupo monovalente que es un radical de un alcano, que es un hidrocarburo saturado. El alquilo puede ser lineal, ramificado, cíclico, o combinaciones de los mismos y típicamente tiene de 1 a 20 átomos de carbono. En algunas realizaciones, el grupo alquilo contiene de 1 a 18, 1 a 12, 1 a 10, 1 a 8, 1 a 6, o de 1 a 4 átomos de carbono. Los ejemplos de grupos alquilo incluyen, pero no se limitan a, metilo, etilo, n-propilo, isopropilo, n-butilo, isobutilo, terc-butilo (t-butilo) , n-pentilo, n-hexilo, ciclohexilo, n-heptilo, n-octilo, y etilhexilo.

El término "alquenilo" se refiere a un grupo monovalente que es un radical de un alqueno, que es un hidrocarburo con al menos un doble enlace carbono-carbono. El alquenilo puede ser lineal, ramificado, cíclico, o combinaciones de los mismos y por lo general contiene de 2 a 20 átomos de carbono. En algunas realizaciones, el alquenilo contiene de 2 a 18, 2 a 12, 2 a 10, 4 a 10, 4 a 8, 2 a 8, 2 a 6, o de 2 a 4 átomos de carbono. Grupos alquenilo ejemplares incluyen etenilo, n-propenilo, y n-butenilo.

El término "alquinilo" se refiere a un grupo monovalente que es un radical de un alquino, que es un hidrocarburo con al menos un triple enlace carbono-carbono. El alquinilo puede ser lineal, ramificado, cíclico, o combinaciones de los mismos y por lo general contiene de 2 a 20 átomos de carbono. En algunas realizaciones, el alquinilo contiene de 2 a 18, 2 a 12, 2 a 10, 4 a 10, 4 a 8, 2 a 8, 2 a 6, o de 2 a 4 átomos de carbono. Los grupos alquinilo ejemplares incluyen etinilo, n-propinilo, y n-butinilo.

El término "heteroalquilo" se refiere a un grupo alquilo que contiene heteroátomos. Estos heteroátomos pueden ser átomos colgantes, por ejemplo, halógenos tales como flúor, cloro, bromo, o yodo o átomos catenarios tales como nitrógeno, oxígeno o azufre. Un ejemplo de un grupo heteroalquilo es un grupo polioxialquilo tal como -CH2CH2 (OCH2CH2) nOCH2CH3.

El término "alquilo sustituido" se refiere a un grupo alquilo que contiene sustituyentes a lo largo de la cadena principal hidrocarbonada. Estos sustituyentes pueden ser grupos alquilo, grupos heteroalquilo o grupos arilo. Un ejemplo de un grupo alquilo sustituido es un grupo bencilo.

El término "arilo" se refiere a un grupo carbocíclico aromático que es un radical que contiene de 1 a 5 anillos que pueden estar conectados o fusionados. El grupo arilo puede estar sustituido con grupos alquilo o heteroalquilo. Los ejemplos de grupos arilo incluyen grupos fenilo, grupos naftaleno y grupos antraceno.

El término "alquileno" se refiere a un grupo divalente que es un radical de un alcano, que es un hidrocarburo saturado. El alquileno puede ser lineal, ramificado, cíclico, o combinaciones de los mismos y típicamente tiene de 1 a 20 átomos de carbono. En algunas realizaciones, el grupo alquileno contiene de 1 a 18, 1 a 12, 1 a 10, 1 a 8, 1 a 6, o de 1 a 4 átomos de carbono. Los ejemplos de grupos alquileno incluyen, pero no se limitan a, metileno (-CH2-) , etileno (-CH2CH2-) , y similares. El grupo alquileno también puede estar sustituido con grupos alquilo.

El término "arileno" se refiere a un grupo carbocíclico aromático divalente que es un radical que contiene de 1 a 5 anillos que pueden estar conectados o fusionados. El grupo arileno puede estar sustituido con grupos alquilo o heteroalquilo. Ejemplos de grupos arileno incluyen grupos fenileno, grupos naftileno y grupos antrileno.

El término... [Seguir leyendo]

1. Un medio de filtración de electret que comprende:

una red de microfibras no tejida que comprende una mezcla de: una resina termoplástica; y un aditivo potenciador de la carga que comprende un material de imida heterocíclica que está libre de grupos fluorados.

2. El medio de filtración de electret de la reivindicación 1, en donde el material de imida heterocíclica que está libre de grupos fluorados comprende al menos un material con la estructura (a) , (b) o (c) , o cualquier combinación de los mismos:

en donde el grupo R1 comprende un átomo de hidrógeno, un alquilo, arilo, heteroalquilo, alquilo sustituido, arilo sustituido o un grupo que contiene un grupo de imida heterocíclica; los grupos R2 y R3 comprenden independientemente un átomo de hidrógeno, alquilo, arilo, heteroalquilo, alquilo sustituido, arilo sustituido o un grupo que contiene un grupo de imida heterocíclica; y

los grupos R4, R5, R6 y R7 comprenden independientemente un átomo de hidrógeno, alquilo, arilo, heteroalquilo, alquilo sustituido, arilo sustituido o un grupo que contiene un grupo de imida heterocíclica;

Ar comprende un anillo aromático; y

cada Z1 y Z2 es independientemente un sustituyente en el anillo aromático ubicado en cualquier lugar en el anillo y comprende un átomo de hidrógeno, alquilo, arilo, heteroalquilo, alquilo sustituido, arilo sustituido, un grupo nitro, o un20 grupo que contiene una imida heterocíclica.

3. El medio de filtración de electret de la reivindicación 1, en donde el material de imida heterocíclica que está libre de grupos fluorados comprende al menos un material con la estructura (d) , (e) , (f) o (g) , o cualquier combinación de las mismas:

(d)

en donde n es un número de aproximadamente 5-7.

4. El medio de filtración de electret de la reivindicación 1, en donde la red de microfibras no tejidas comprende: una poliolefina; cloruro de polivinilo; poliestireno; policarbonato; o poliéster.

5. El medio de filtración de electret de la reivindicación 1, en donde el material de imida heterocíclica que está libre 10 de grupos fluorados comprende de 0, 1-5, 0% en peso de la red.

6. El medio de filtración de electret de la reivindicación 1, en donde el medio de filtración comprende:

un filtro de respirador, un filtro de un sistema de ventilación de una habitación, un filtro de un sistema de ventilación de vehículos, un filtro de aire acondicionado, un filtro de caldera, un filtro de purificación del aire de una habitación, un filtro de una aspiradora, o un filtro de un disco duro de un ordenador.

7. El medio de filtración de electret de la reivindicación 1, en donde el medio de filtración tiene una relación de porcentaje de penetración de al menos 300% a una velocidad frontal de 6, 9 centímetros por segundo cuando se prueba según la prueba de descarga de rayos X.

8. El medio de filtración de electret de la reivindicación 1, en donde el medio de filtración tiene una densidad de carga efectiva calculada de al menos 20 microculombios por metro cuadrado.

9. Un método para preparar una red de electret que comprende:

proporcionar un material termoplástico;

proporcionar un aditivo potenciador de la carga que comprende un material de imida heterocíclica que está libre de grupos fluorados; mezclar en fundido en caliente el material termoplástico y el aditivo potenciador de la carga para obtener una mezcla termoplástica;

formar una red; y

cargar electrostáticamente la red.

10. El método de la reivindicación 9, en donde el material de imida heterocíclica que está libre de grupos fluorados comprende al menos un material con la estructura (a) , (b) o (c) , o cualquier combinación de las mismas:

(a)

en donde el grupo R1 comprende un átomo de hidrógeno, un alquilo, arilo, heteroalquilo, alquilo sustituido, arilo sustituido o un grupo que contiene un grupo de imida heterocíclica; los grupos R2 y R3 comprenden independientemente un átomo de hidrógeno, alquilo, arilo, heteroalquilo, alquilo sustituido, arilo sustituido o un grupo que contiene un grupo de imida heterocíclica; y

los grupos R4, R5, R6 y R7 comprenden independientemente un átomo de hidrógeno, un alquilo, arilo, heteroalquilo, alquilo sustituido, arilo sustituido o un grupo que contiene un grupo de imida heterocíclica;

Ar comprende un anillo aromático; y

cada Z1 y Z2 es independientemente un sustituyente en el anillo aromático ubicado en cualquier lugar en el anillo y comprende un átomo de hidrógeno, alquilo, arilo, heteroalquilo, alquilo sustituido, arilo sustituido, un grupo nitro, o un grupo que contiene una imida heterocíclica.